高中創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理粵教版選修35學(xué)案21 光電效應(yīng)

1、第一節(jié)光電效應(yīng)目標(biāo)定位1.了解光電效應(yīng)，掌握光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律.2.知道光電流與光的強(qiáng)度和光的頻率之間的關(guān)系.3.理解極限頻率和遏止電壓的概念一、光電效應(yīng)與光電流1光電效應(yīng)：金屬在光的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象發(fā)射出來的電子稱為光電子2光電管是利用光電效應(yīng)制成的一種常見的光電器件，它可以把光信號轉(zhuǎn)變成電信號3光電流：光電管在光的照射下，陰極發(fā)出的光電子被陽極收集，在回路中會形成電流，稱為光電流二、光電流的變化在正向電壓一定的情況下，光電流的變化與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，與入射光的頻率無關(guān)，光源強(qiáng)度可以使光電管陰極單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)目變化三、極限頻率對于每一種金屬，只有當(dāng)入射光頻率大于某一頻率0時，才

2、會產(chǎn)生光電流我們將0稱為極極頻率四、遏止電壓在強(qiáng)度和頻率一定的光照射下，回路中的光電流會隨著反向電壓的增加而減小，并且當(dāng)反向電壓達(dá)到某一數(shù)值時，光電流將會減小到零，這時的電壓稱為遏止電壓，用符號U0表示，光電子到達(dá)陽極要克服反向電場力做的功WeU0.光電子最大初動能mveU0.預(yù)習(xí)完成后，請把你疑惑的問題記錄在下面的表格中問題1問題2問題3一、光電效應(yīng)現(xiàn)象1光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)：光現(xiàn)象電現(xiàn)象2光電效應(yīng)中的光包括不可見光和可見光3光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)還是電子【例1】一驗(yàn)電器與鋅板相連(如圖1所示)，用一紫外線燈照射鋅板，關(guān)燈后，驗(yàn)電器指針保持一定偏角圖1(1)現(xiàn)用一帶負(fù)電的金屬小球

3、與鋅板接觸，則驗(yàn)電器指針偏角將_(填“增大”、“減小”或“不變”)(2)使驗(yàn)電器指針回到零，再用相同強(qiáng)度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，驗(yàn)電器指針無偏轉(zhuǎn)那么，若改用強(qiáng)度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀察到驗(yàn)電器指針_(填“有”或“無”)偏轉(zhuǎn)答案(1)減小(2)無解析(1)當(dāng)用紫外線燈照射鋅板時，鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，鋅板放出光電子而帶上正電，此時與鋅板連在一起的驗(yàn)電器也帶上了正電，故指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)當(dāng)帶負(fù)電的小球與鋅板接觸后，中和了一部分正電荷，從而使驗(yàn)電器的指針偏角減小(2)使驗(yàn)電器指針回到零，用鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，驗(yàn)電器指針無偏轉(zhuǎn)，說明鈉燈發(fā)出的黃光的頻率小于鋅的極限頻率，而紅外線比黃光的頻率還要低，

4、更不可能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)針對訓(xùn)練1(多選)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的裝置如圖2所示，用弧光燈照射鋅板，驗(yàn)電器指針張開一個角度，則下列說法中正確的是()圖2A用紫外光照射鋅板，驗(yàn)電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)B用綠色光照射鋅板，驗(yàn)電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)C鋅板帶的是負(fù)電荷D使驗(yàn)電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷答案AD解析將擦得很亮的鋅板連接驗(yàn)電器，用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線)，驗(yàn)電器指針張開一個角度，說明鋅板帶電，而且鋅板帶的是正電，這說明在紫外線照射下，鋅板中有一部分自由電子從表面飛出來，鋅板中缺少電子，于是帶正電，A、D對，C錯；綠光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，B錯二、光電效應(yīng)規(guī)律及其解

5、釋1每種金屬都有一定的極限頻率，當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時，不管入射光的強(qiáng)度多大、照射時間多長都不會產(chǎn)生光電子，一旦入射光的頻率超過極限頻率，則不管光有多么弱都會產(chǎn)生光電效應(yīng)，發(fā)出光電子2在發(fā)生光電效應(yīng)的條件下，光電流的大小或單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目由光的強(qiáng)度決定3光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只與入射光的頻率有關(guān)遏止電壓隨入射光頻率的增大而增大，與光強(qiáng)無關(guān)4隨著反向電壓的增大，光電流逐漸減小，說明金屬中逸出的光電子的初動能是不同的，而光電子的最大初動能與遏止電壓是對應(yīng)的特別提醒遏止電壓只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)【例2】利用光電管研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)如圖3所示，用頻率為的

6、可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則()圖3A用紫外線照射，電流表不一定有電流通過B用紅光照射，電流表一定無電流通過C用頻率為的可見光照射K，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭移到A端時，電流表中一定無電流通過D用頻率為的可見光照射K，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭向B端滑動時，電流表示數(shù)可能不變答案D解析因紫外線的頻率比可見光的頻率高，所以用紫外線照射時，電流表中一定有電流通過，選項(xiàng)A錯誤；因不知陰極K的極限頻率，所以用紅光照射時，不一定發(fā)生光電效應(yīng)，所以選項(xiàng)B錯誤；即使UAK0，電流表中也有電流，所以選項(xiàng)C錯誤；當(dāng)滑動觸頭向B端滑動時，UAK增大，陽極A吸收光電子的能力增強(qiáng)，光電流會增大，當(dāng)所有光電子都到

7、達(dá)陽極A時，電流達(dá)到最大，即飽和電流若在滑動前，電流已經(jīng)達(dá)到飽和電流，那么即使增大UAK，光電流也不會增大，所以選項(xiàng)D正確針對訓(xùn)練2入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，那么()A從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B逸出的光電子的最大初動能將減小C單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少D有可能不發(fā)生光電效應(yīng)答案C解析發(fā)生光電效應(yīng)幾乎是瞬時的，選項(xiàng)A錯誤；入射光的強(qiáng)度減弱，說明單位時間內(nèi)的入射光子數(shù)目減少，頻率不變，逸出的光電子的最大初動能也就不變，選項(xiàng)B錯誤；光電流隨入射光強(qiáng)度的減小而減小，逸出的光電子數(shù)目也隨入射光強(qiáng)度的減小而減少

8、，故選項(xiàng)C正確；入射光照射到某金屬上發(fā)生光電效應(yīng)，說明入射光頻率不低于這種金屬的極限頻率，入射光的強(qiáng)度減弱而頻率不變，同樣能發(fā)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)D錯誤三、經(jīng)典電磁理論與光電效應(yīng)的矛盾在光的照射下，物體內(nèi)部的電子受到電磁波的作用做受迫振動.經(jīng)典電磁理論的結(jié)論實(shí)驗(yàn)事實(shí)成功解釋的現(xiàn)象光越強(qiáng)，電磁波的振幅越大，對電子的作用越強(qiáng)，電子振動越厲害，電子越容易從物體內(nèi)部逃逸出來光越強(qiáng)，光電流就越大矛盾之一無論入射光頻率多大，只要光足夠強(qiáng)，電子就能獲得足夠的能量逸出金屬表面每一種金屬都有一定的極限頻率，當(dāng)入射光頻率低于極限頻率時，無論光的強(qiáng)度多大，照射時間多長都不發(fā)生光電效應(yīng)矛盾之二電子的動能應(yīng)該由入射光的能

9、量即光強(qiáng)決定光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，與入射光的頻率有關(guān)矛盾之三光的強(qiáng)度足夠大，電子就能獲得足夠的能量，電子就能逸出金屬表面，電子能量增加應(yīng)該有一個積累過程，電子才能逸出金屬表面若能發(fā)生光電效應(yīng)，即使光很弱，也是瞬間發(fā)生的【例3】在光電效應(yīng)的規(guī)律中，經(jīng)典電磁理論能解釋的有()A入射光的頻率必須大于被照射金屬的極限頻率時才能產(chǎn)生光電效應(yīng)B光電子的最大初動能與入射光強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大C入射光照射到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過109sD當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時，光電子數(shù)目隨入射光強(qiáng)度的增大而增多答案D光電效應(yīng)現(xiàn)象1當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時，產(chǎn)生了光電

10、效應(yīng)，這時()A鋅板帶負(fù)電B有正離子從鋅板逸出C有電子從鋅板逸出D鋅板會吸附空氣中的正離子答案C解析當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時，產(chǎn)生了光電效應(yīng)，有電子從鋅板逸出，鋅板帶正電，選項(xiàng)C正確，A、B、D錯誤2在做光電效應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)時，把某金屬板連在驗(yàn)電器上，第一次用弧光燈直接照射金屬板， 驗(yàn)電器的指針張開一個角度，第二次在弧光燈和金屬板之間插入一塊普通玻璃，再用弧光燈照射，驗(yàn)電器的指針不張開由此可判定，使金屬板產(chǎn)生光電效應(yīng)的是弧光燈中的()A可見光成分 B紅外線成分C無線電波成分 D紫外線成分答案D解析因?yàn)椴ＡР荒軗踝】梢姽猓壹t外線與無線電波頻率都比可見光小，故D對光電效應(yīng)規(guī)律3(多選)現(xiàn)用某一光電管

11、進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生下列說法正確的是()A保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大B入射光的頻率變高，飽和光電流變大C入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大D保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生答案AC解析根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，則飽和光電流變大，選項(xiàng)A正確；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，入射光的頻率變高，產(chǎn)生的光電子最大初動能變大，而飽和光電流與入射光的頻率和光強(qiáng)都有關(guān)，選項(xiàng)B錯誤，C正確；保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率時，就不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光

12、電流產(chǎn)生，選項(xiàng)D錯誤4某單色光照射某金屬時不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下述措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是()A延長光照時間 B增大光的強(qiáng)度C換用波長較短的光照射 D換用頻率較低的光照射答案C解析光照射金屬時能否產(chǎn)生光電效應(yīng)，取決于入射光的頻率是否大于金屬的極限頻率，與入射光的強(qiáng)度和照射時間無關(guān)，故選項(xiàng)A、B、D均錯誤；又因，所以選項(xiàng)C正確(時間：60分鐘)題組一光電效應(yīng)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)1(多選)當(dāng)用一束紫外線照射裝在原不帶電的驗(yàn)電器金屬球上的鋅板時，發(fā)生了光電效應(yīng)，這時發(fā)生的現(xiàn)象是()A驗(yàn)電器內(nèi)的金屬箔帶正電B有電子從鋅板上飛出來C有正離子從鋅板上飛出來D鋅板吸收空氣中的正離子答案AB2(多選)在演示光

13、電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏靜電計(jì)相連，用弧光燈(紫外線)照射鋅板時，靜電計(jì)的指針就張開一個角度，如圖1所示，這時()圖1A鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B鋅板帶正電，指針帶正電C若用黃光照射鋅板，則可能不發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象D若用紅光照射鋅板，則鋅板能發(fā)射光電子答案BC解析鋅板在紫外線照射下，發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，有光電子飛出，故鋅板帶正電，指針上的部分電子被吸引到鋅板上發(fā)生中和，使指針帶正電，B對、A錯；紅光和黃光的頻率都小于紫外線的頻率，都可能不產(chǎn)生光電效應(yīng)，C對、D錯3(多選)用紫光照射某金屬恰可發(fā)生光電效應(yīng)，現(xiàn)改用較弱的太陽光照射該金屬，則()A可能不發(fā)生光電效應(yīng)B逸出光電子的時間明顯

14、變長C逸出光電子的最大初動能不變D單位時間逸出光電子的數(shù)目變小答案CD解析由于太陽光含有紫光，所以照射金屬時發(fā)生光電效應(yīng)且逸出光電子的最大初動能不變，又因?yàn)楣鈴?qiáng)變?nèi)?，所以單位時間逸出光電子的數(shù)目變小，C、D正確，A錯誤；產(chǎn)生光電效應(yīng)的時間幾乎是瞬時的，B錯誤4用一束紫外線照射某金屬時不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的措施是()A改用頻率更小的紫外線照射B改用X射線照射C改用強(qiáng)度更大的原紫外線照射D延長原紫外線的照射時間答案B解析金屬發(fā)生光電效應(yīng)必須使光的頻率大于極限頻率，X射線的頻率大于紫外線的頻率題組二光電效應(yīng)的規(guī)律5(多選)關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律，下列說法中正確的是()A只有入射光的

15、波長大于該金屬的極限波長，光電效應(yīng)才能發(fā)生B光電子的最大初動能可以通過遏止電壓來確定C發(fā)生光電效應(yīng)的時間一般都大于107 sD發(fā)生光電效應(yīng)時，單位時間內(nèi)從金屬內(nèi)逸出的光電子數(shù)與入射光的強(qiáng)度成正比答案BD解析由hh知，當(dāng)入射光波長大于極限波長時，不能發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯；發(fā)生光電效應(yīng)的時間一般不超過109 s，故C錯6. (多選)如圖2所示，電路中所有元件完好，光照射到光電管上，靈敏電流計(jì)中沒有電流通過其原因可能是()圖2A入射光太弱B入射光波長太長C光照時間太短D電源正負(fù)極接反答案BD解析金屬存在極限頻率，大于極限頻率的光照射金屬才會有光電子射出發(fā)射的光電子的動能隨頻率的增大而增大，動能小時不

16、能克服反向電壓，也不能有光電流入射光的頻率小于極限頻率，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，與光照強(qiáng)弱無關(guān)，選項(xiàng)B正確，A錯誤；電路中電源正、負(fù)極接反，對光電管加了反向電壓，若該電壓超過了遏止電壓，也沒有光電流產(chǎn)生，D正確；光電效應(yīng)的產(chǎn)生與光照時間無關(guān)，C錯誤7(多選)一束綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，則下列說法正確的是()A若增加綠光的照射強(qiáng)度，則逸出的光電子數(shù)增加B若增加綠光的照射強(qiáng)度，則逸出的光電子的最大初動能增加C若改用紫光照射，則可能不會發(fā)生光電效應(yīng)D若改用紫光照射，則逸出的光電子的最大初動能增加答案AD解析光電效應(yīng)的規(guī)律表明：入射光的頻率決定是否發(fā)生光電效應(yīng)以及發(fā)生光電效應(yīng)時逸出的光電子的最大初動能

17、的大小當(dāng)入射光的頻率增加后，逸出的光電子的最大初動能也增加，又紫光的頻率高于綠光的頻率而增加光的照射強(qiáng)度，會使單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加故正確選項(xiàng)有A、D.題組三綜合應(yīng)用8(多選)如圖3所示，在研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)用一定頻率的A單色光照射光電管時，電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而用另一頻率的B單色光照射時不發(fā)生光電效應(yīng)，則()圖3AA光的頻率大于B光的頻率BB光的頻率大于A光的頻率C用A光照射光電管時流過電流表G的電流方向是由a流向bD用A光照射光電管時流過電流表G的電流方向是由b流向a答案AC解析根據(jù)產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件可知選項(xiàng)A正確、B錯誤；電流的方向與正電荷的定向移動方向相同，與負(fù)電荷定向

18、移動的方向相反，故選項(xiàng)C正確、D錯誤9如圖4所示為光電管的使用原理圖，已知有波長為0的光照射到陰極K上時，電路中有光電流，則()圖4A若有波長為(0)的光照到陰極K上，電路中一定沒有光電流B用波長為0的光照射陰極K，保持光電管兩極間電壓不變，增大該單色光的強(qiáng)度，則光電流增大C增加電路中電源電壓，電路中的光電流一定增大D減弱波長為0的光的照射強(qiáng)度，則電路中的光電流減小，最終會為零答案B解析通過本實(shí)驗(yàn)可知，電路中要有光電流，入射光需達(dá)到一定頻率，低于這個頻率便沒有光電流產(chǎn)生，因此A選項(xiàng)中，0一定有0，故電路中一定有光電流，故A錯誤；由實(shí)驗(yàn)結(jié)論易知，B正確；若用某光照射時，使光電管發(fā)生光電效應(yīng)，增大正向電壓，開始光電流增大，正向電壓增大到某值時，可使從陰極逸出的光電子全部到達(dá)陽極，此時電路中的光電流達(dá)最大值，再增大電壓，此后電流不變，故C錯誤